CN102088218A

CN102088218A - 用于电机的转子或定子的绕组和制造这种绕组的方法

Info

Publication number: CN102088218A
Application number: CN2010105701940A
Authority: CN
Inventors: G.施特尔
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-06-08
Also published as: EP2330717A3; EP2330717A2; DE102009056676A1

Abstract

本发明涉及一种指定用于电机的用绕组线（4）通过多次绕制而制成的绕组（3）。在绕制时，将绕组支架（1）并排串联布置，从而能采用简单的方式由多匝绕组线（4）制得绕组（3）。绕组线（4）本身由线束构成，线束由多个具有导线直径的单线构成，这些单线被压制成多边形线。为了制得转子或定子，仅使得如此绕制的绕组支架（1）形成闭合的环形，例如采用热压方法装到壳体中。由此通过并排地布置绕组支架（1）和过程控制简化了制造过程，以及通过明显改善的可接近性同时优化了槽填充系数。

Description

用于电机的转子或定子的绕组和制造这种绕组的方法

技术领域

本发明涉及一种指定用于电机（elektrische Maschine）的用绕组线通过多次绕制而制成的绕组，其绕组线由线束构成，线束由多个单线构成，这些单线均彼此绝缘，且被压制成多边形线、特别是矩形线。本发明还涉及一种用于制造电机的转子或定子的绕组的方法，该绕组由多匝绕组线制得，其中绕组线由线束构成，线束由多个单线构成，这些单线彼此绝缘，且被压制成矩形线。

背景技术

就这种电机而言，功率密度越来越成为对于实际至关重要的标准。这例如适合于汽车中的混合驱动机构、燃料电池驱动机构或电动驱动机构，因为这里对电动机的尽可能减小的重量和体积提出了特别高的要求。

电机的绕组线匝由例如铜制的导线构成，这些导线通常至少部分地安装在转子或定子叠片组的槽中。为了针对电机实现尽可能高的功率密度，进而实现较高的效率，特别有益的是，减小定子和/或转子绕组中的欧姆电阻。

一种适合于此的措施是，将导线横截面尽可能大的绕组例如安装在定子叠片的槽中，进而实现尽可能高的所谓的槽填充系数。槽填充系数系指槽中裸绕组横截面积与裸槽横截面积的比值。较高的槽填充系数通常会减小绕组的欧姆损失，此外还会改善对绕组以及定子或转子叠片的冷却，因为随着槽填充系数的增大，绕组横截面积接近槽的横截面积，于是可以顺畅地排出所产生的热量。

这样还能实现转子或定子的特别紧凑的结构。但在提高槽填充系数时同时需要注意，各个绕组线的横截面积不准许超过一定的程度，以便限制涡流的形成，或者―在交流电机的情况下―限制集肤效应的影响，它们分别会导致严重的功率损失。除了会降低电机的效率外，特别是涡流还会导致额外地产生热量，而这种热量又必须通过冷却来补偿。出于这个原因，已知将由绝缘的单线构成的导线束―所谓的绞合线―用作绕组，于是单线的绝缘具有足够的介电强度，以便减小涡流损失。此外常见的是，就由一个或多个导线束构成的多层绕组而言，使得各个层和/或导线束彼此绝缘。为此，通常在导线束的不同层之间或者在多个导线束之间装有围绕每个导线束的导线绝缘物以及层绝缘物。另外，必须使得绕组相对于定子叠片和/或转子叠片绝缘，这在存在槽的情况下通常通过装设附加的槽绝缘物来实现。

由DE 103 13 148 A1还已知一种用于电机的绕组，这种绕组包括由多边形单线构成的线束，这些单线均彼此绝缘。线束的多边形单线由成形的圆导线构成，由此在涡流损失较小的情况下确保欧姆损失较小，同时保证彻底的边缘绝缘。这还允许根据槽的给定尺寸进行简单的适配调整。这里利用了如下事实：已知的圆导线的绝缘物膨胀30％不成问题。这能实现充分的变形，而不会有损于绝缘物。

例如由DE 31 24 098 A1已知使用一种横截面为矩形的单导线，其中矩形导线用于制造弯曲的磁场线圈。使用矩形或梯形的多边形横截面具有如下优点：最佳地利用槽中的空间。这样就能在槽中安装横截面尽可能大的铜线，由此减小了绕组的欧姆电阻，且提高了电机的效率。

DE 199 05 747 A1还披露了一种用于制造绝缘矩形线的方法，其中借助于辊将圆形横截面的绝缘线压制成矩形横截面。由于使用的线具有弹性足够大的绝缘物，这种绝缘物在压制矩形时会适应性地变化，所以在压制的导线上在边缘绝缘方面也不会出现问题。这种方法的缺点在于，在使用横截面较大的欧姆电阻减小的线时，会出现涡流。

在WO 95/30991中，使用上漆的扁导线束，由此避免了涡流的问题。

另外，GB 2 202 170 A描述了一种三相交流发电机，特别是一种适合于用在汽车三相交流发电机中的定子。在这里，布置在定子槽中的绕组的一部分发生变形，从而通过使用压力使得布置在槽中的绕组部分基本上得到四边形横截面，进而明显地改善了槽中绕组的槽填充系数。绕组由具有至少一个圆形横截面的绕组材料构成。

DE 10 2004 037 866 A1涉及用于在将矩形线缠绕到绝缘线圈架上时通过减小绕组缺陷来改善空间系数的措施。

DE 10 2004 025 105 A1涉及一种在旋转的电机例如像电动机和发电机中使用的定子、一种用于该定子的绝缘线圈架以及一种用于该定子的制造方法。绕组由矩形线制成，矩形线具有基本呈矩形的横截面，以便改善空间系数。

在改善电机的效率和功率密度时，提高槽填充系数会有问题，采用由现有技术已知的常用方法和装置到目前为止尚未令人满意地解决该问题。

由WO 2004/042893 A1还已知一种用于绕制极链（Polkette）的方法，其中与其以后的环形相反，各个绕组支架通过辊子而处于展开的位置。通过这种方式来实现优化极链的可接近性，该极链的各个绕组支架通过链节相互连接。

最后，在DE 36 17 017 A1中公开了一种用于电机的定子。励磁绕组由串励绕组和并励绕组连同绕组支架组装而成。绕组支架用一种扁的、可弯曲的、耐热的、且绝缘的带状材料，经过裁切、压制和折叠而制成。组装好的励磁绕组被推入到定子的极壳体中，并在那里被装设在相关的极上，这些极被拧到极壳体的内壁上。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种能明显简单地制得的绕组，用于给绕组支架缠绕上绕组线。特别是要提出一种明显灵活的制造方法。

根据本发明，该目的通过一种按照独立权利要求1的特征的方法得以实现。本发明的其它设计可由从属权利要求得到。

本发明的用于电机的转子或定子的绕组包括多匝绕组线，绕组线由线束构成，线束由多个单线构成，这些单线均彼此绝缘，且被压制成多边形线。这些绕组设置在彼此独立的或者可相对移动的各个绕组支架上。

根据本发明提出一种绕组，其绕组线是由多个单线构成的线束，这些单线均彼此绝缘，且被压制成矩形线，其中这些绕组设置在彼此独立的或者可相对移动的各个绕组支架上。由此第一次可以缠绕几乎任意的绕组支架，例如也能缠绕市场上常见的绕组支架，且在完全缠绕所有绕组支架之后得到预定的环形。按照现有技术的常用方式，通过转子或定子的几何结构来预先确定绕组支架的位置，而这里与其不同，在绕制时能实现空间分开，以便由此优化可接近性，进而优化绕组铺设。例如可以并排地布置绕组支架，其中绕组支架的间距基本上相当于定子或转子上的以后形成为环形的位置。对通过绕组线连接的绕组支架进行适当绕制，使得由此同时实现所需要的电接触，而无需为此在后续工作中进行单独的接触。

绕组支架特别是刚性的，优选由金属材料构成。具体而言，绕组支架可以是T形齿。在这里，这些T形齿可以分别在T横梁的端部上连接或已连接，特别是可拆开地连接。

本发明在此基于如下认识：按照现有技术使用的转子体或定子体只能很有限地实现制造具有所希望的槽填充系数的绕组，相反，根据本发明能实现优化的槽填充系数，其中这些绕组在功能上准备好连接，例如三角形连接或星形连接。由于没有接触部位，实践中在接触部位产生的由过渡电阻引起的损耗也被省去。在此，绕组线同时用作机械连接，并共同地形成链节（Gelenk），以便以预定的间距将相邻的绕组支架彼此固定。

在此特别有利的是，绕组支架连接成极链，以便由此简化制造方法。在绕制时，给极链的绕组支架设有绕组，接下来形成环形的预定形状的定子或转子。通过对各个绕组支架的连接，极的顺序是已知的，从而已经能实现预定的连接。这里替代地，为了相应的应用目的而断开一定数量的绕组支架，由此也能产生极链。

在本发明的绕组的一组有利的实施方式中，已表明特别实用的是，多个绕组支架特别是通过胶片铰链可摆动地连接。胶片铰链特别可以是塑料铰链。由此可以在绕制时将绕组支架并排地布置在共同的平面上。与以后的环形相反，绕组支架还可以向外摆动，以便由此在绕组支架之间产生最大间距，进而优化可接近性。胶片铰链作为绕组支架的一体的连接机构，在此将相对移动限制到一个唯一的自由度，同时规定了绕组支架相互间的相对距离。

在本发明的绕组的另一组有利的实施方式中，多个绕组支架摩擦配合地或（优选）形状配合地连接。通过这种方式特别是能够实现各个绕组支架相互间的在其工作布置情况下的精确配合，特别能够实现对于将定子装入（Einschrumpfen）到冷却套中有利的精确的外直径。

在特别优选的实施方式中，第一绕组支架在其表面的部分上具有第一造型部分，第二绕组支架在其表面的部分上具有第二造型部分，第二造型部分与第一造型部分互补，从而第一和第二造型部分的接合能形成摩擦配合或形状配合。第一和第二绕组支架特别是既可以在其表面的一部分上具有第一造型部分，又可以在其表面的另一部分上具有第二造型部分。具体而言，第一造型部分可以基本上呈凸形，而第二造型部分可以基本上呈凹形，并形成插塞连接对。

在一个示范性的实施方式中，单线可以具有圆形横截面。但特别有利的是，根据本发明，单线具有多边形的特别是矩形的横截面，以便由此能进一步改善槽填充系数。由多边形单线构成的线束有利地具有减小的涡流损失。还实现了在旨在减小绕组端部的绕制过程中的机械加工性。

此外在实践中已表明特别有益的是，每个线束都由至多40个单线构成，优选由30至40个单线构成，单线的直径小于0.5mm，优选最大为0.3mm。优选直径在考虑到上限的情况下尽可能大或者最大。换句话说，直径可以约为0.5mm，或者约为0.3mm。

相关地，本发明一方面涉及具有转子或定子的电机，该转子或定子具有根据本发明的绕组，该绕组具有根据所述内容的特征或特征组合，另一方面涉及绕组在具有转子或定子的电机中的用途，该绕组具有根据所述内容的特征或特征组合。

电机特别可以是同步电机。

所述目的还通过一种具有独立权利要求8的特征的用于制造电机的转子或定子的绕组的方法得以实现。

在本发明的用于制造电机的转子或定子的绕组的方法中，所述绕组由多匝绕组线制成，绕组线由线束构成，线束由多个单线构成，这些单线彼此绝缘，且被压制成多边形线优选矩形线。将绕组支架并排地串联布置，接下来将绕组装设在相应的绕组支架上，最后按照转子或定子的几何结构将绕组支架布置成闭合的环形。由此，一方面通过并排地布置绕组支架和通过与此相关的比较简单的过程控制，简化了制造过程，另一方面通过明显改善的可接近性，优化了槽填充系数。

在本发明的改进中，还可以将各个绕组支架按照其连接情况相位正确地安装，从而绕组支架仅连接成环形，且无需使得绕组支架相互间附加地连接即可准备工作。

另外已表明特别有益的是，根据本发明的方法的另一种设计，将绕组支架在其闭合环形的位置装入到壳体中，其方式为，例如通过加热使得壳体暂时热膨胀，从而能够将绕组支架推入到变宽的内直径中。

附图说明

本发明可采用众多的实施方式来实现。本发明的其他优点和有利的实施方式与改进将借助下面的说明对照附图来予以阐述。其中具体示出：

图1为四个绕组支架的串联布置原理图；

图2为在本发明的绕组的一种优选的实施方式中绕组支架布置图；

图3为在图2所示的优选实施方式中绕组支架连接对的局部放大剖视图；

图4示出本发明绕组的绕组支架布置的一种替代的实施方式。

具体实施方式

图1用于进一步说明本发明的绕组的基本原理。在该原理图中，以串联布置方式示范性地示出四个独立的通过胶片铰链（Filmscharnier）2连接的绕组支架1。通过多次绕制绕组线4已经将绕组3安装在绕组支架1上，其中绕组线4本身由线束构成，线束由导线直径均约为0.3mm的大约30至40个单线构成，这些单线彼此绝缘，且被压制成矩形线。在绕制时，这些绕组支架1并排串联布置，从而在制造转子或定子时只需使得这些绕组支架形成闭合的环形，例如采用热压方法（Schrumpfverfahren）固定在未示出的壳体中。由此，一方面通过并排地布置绕组支架1和通过与此相关的比较简单的过程控制，简化了制造过程，另一方面通过明显改善的可接近性（Zugänglichkeit），同时优化了槽填充系数。

图2中示出在本发明的绕组的一种优选的实施方式中的绕组支架布置情况。绕组支架在该实施方式中为T形齿5。为明了起见，真正的绕组的颈部6未形象地示出。T形齿5的构造均相同。各个T形齿5在T横梁的端部上相互接合，并形成闭合的环。在T横梁的第一端部上，T形齿5具有凸起7形式的第一造型部分。在T横梁的第二端部上，T形齿5具有与凸起7基本互补的凹缺8形式的第二造型部分。在凸起7插到凹缺8中的情况下，形成一种形状配合的连接。

图3为在图2所示优选实施方式中的绕组支架的连接对的局部放大剖视图。该图右边所示的T形齿5的凸起7插入到该图左边所示的T形齿5的凹缺8中。在T形齿5实现连接的情况下，在T形齿的端面之间留有较小的气隙9，该气隙不会明显影响或弱化穿过绕组支架装置的磁力线。还可以看到端部腔10和挖空部分11，它们便于形成形状配合的连接，必要时还便于断开这种连接。

在图4中示出了本发明绕组的绕组支架装置的一种替代的实施方式。各个绕组具有连接榫12，连接榫插入到环形支架部件14内圆周上的内凹13中。为明了起见，绕组线的真正的绕制情况未形象地示出。

Claims

1. 一种用于电机的转子或定子的绕组（3），该绕组具有多匝绕组线（4），所述绕组线由线束构成，线束由多个单线构成，这些单线均彼此绝缘且被压制成多边形线，

其特征在于，绕组（3）设置在彼此独立的或者可相对移动的各个绕组支架（1）上。

2. 如权利要求1所述的绕组（3），其特征在于，绕组支架（1）连接成极链。

3. 如权利要求1或2中任一项所述的绕组（3），其特征在于，绕组支架（10）是T形齿（5）。

4. 如权利要求1至3中任一项所述的绕组（3），其特征在于，多个绕组支架（1）可摆动地连接。

5. 如权利要求1至3中任一项所述的绕组（3），其特征在于，多个绕组支架（1）摩擦配合地或形状配合地连接。

6. 如权利要求5所述的绕组（3），其特征在于，第一绕组支架（1）在其表面的部分上具有第一造型部分，第二绕组支架（1）在其表面的部分上具有第二造型部分，第二造型部分与第一造型部分互补，从而第一和第二造型部分的接合形成摩擦配合或形状配合。

7. 如权利要求6所述的绕组（3），其特征在于，第一和第二绕组支架（1）既在其表面的一部分上具有第一造型部分，又在其表面的另一部分上具有第二造型部分。

8. 如权利要求6或7所述的绕组（3），其特征在于，第一造型部分基本上呈凸形，第二造型部分基本上呈凹形，并形成插塞连接对。

9. 如前述权利要求中至少一项所述的绕组（3），其特征在于，单线具有多边形的横截面。

10. 如前述权利要求中至少一项所述的绕组（3），其特征在于，线束由2至40个单线构成。

11. 如前述权利要求中至少一项所述的绕组（3），其特征在于，每个单线都具有最大0.5mm的直径。

12. 如前述权利要求中至少一项所述的绕组（3），其特征在于，绕组支架（1）被构造成转子或定子。

13. 一种用于制造电机的转子或定子的绕组（3）的方法，该绕组由多匝绕组线（4）制得，其中绕组线（4）由线束构成，线束由多个单线构成，这些单线彼此绝缘且被压制成矩形线，

其特征在于，将绕组支架（1）并排地串联布置，接下来将绕组（3）装设在相应的绕组支架（1）上，最后按照转子或定子的几何结构将绕组支架（1）布置成闭合的环形。

14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，将各个绕组支架（1）按照其连接情况相位正确地连接成环形。

15. 如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，将绕组支架（1）在其闭合环形的位置装入到壳体中。